我国作物航天育种20年的基本成就与展望

航天育种是我国科学工作者开创的农作物诱变遗传改良的一种有效新途径。经过20年的探索发展,已建立了全国航天育种研究协作网,航天育种研究工作取得了可喜的成果:在水稻、小麦、棉花、青椒、番茄、芝麻、牧草等作物上育成和审定了40多个高产、优质、多抗的农作物新品种,并开始在农业生产中发挥作用;获得了一批有可能对产量和品质等重要经济性状有突破性影响的罕见突变;航天诱变与地面模拟诱变育种技术创新取得显著进展;航天育种技术及其产品的知识产权保护与产业化、航天诱变机理探索等方面研究得到稳步推进。本文系统评述了我国航天育种20年来的基本成就,并根据当前研究和应用形势提出了发展战略。     

高能混合粒子场诱变小麦的细胞学效应研究

利用北京正负电子对撞机直线加速器E2束流打靶产生高能混合粒子场,以0、109、145、1952、84和560Gy的剂量处理两个冬小麦品种ZY9和ZH7,并与相同剂量的60Coγ射线相比较,研究其细胞学效应。试验结果表明,混合粒子场辐照小麦种子可抑制根尖细胞有丝分裂,诱发染色体出现单微核、双微核、多微核、环状染色体、落后染色体、游离染色体、染色体断片等多种畸变类型。混合粒子场与γ射线诱发的微核畸变率和染色体畸变率均存在明显的剂量效应,但混合粒子场的损伤效应明显高于γ射线。混合粒子场可诱发高频率的环状染色体和染色体断片,显示出混合粒子场处理小麦具有比γ射线处理更高的相对生物学效应。     

小麦籽粒性状的QTL定位

为了明确小麦籽粒性状的遗传控制基础,以γ射线诱变结合花药培养创制的大粒、高蛋白小麦新种质H307及生产上主栽品种郑麦9023创建的含有310个株系的重组自交系为实验材料,利用QTL-ICIMapping V3.3软件构建了包含133对SSR标记的遗传连锁图谱,对千粒重、粒长、粒宽、籽粒面积、周长、粗蛋白和淀粉含量进行QTL分析,结果在两年环境条件下共检测到47个加性QTL和10个QTL富集区,其中6个千粒重QTL,分别位于1D、2B、3D、6D和7A染色体上,单个QTL可解释4.54%~13.14%的表型变异;31个粒形QTL,位于1B、1D、2B、3B、3D、5A、5D、6B、6D、7A和7D染色体上,单个QTL可解释2.90%~15.86%的表型变异;10个粗蛋白和淀粉含量QTL,分别位于1A、1B、4B和6A染色体上,单个QTL可解释3.64%~12.19%的表型变异。2B染色体上检测到1个贡献率较大且能稳定表达的重要染色体区段,该区段包含控制小麦千粒重、粒长、粒宽、籽粒面积和周长的10个QTL。1BL染色体上检测到1个控制籽粒粗蛋白含量的微效QTL,对表型的贡献率为3.64%,与连锁分子标记gwm818的遗传距离为0.22cM,该位点是一个不同于前人研究结果的新位点。     

小麦叶绿素缺失突变体Mt135的叶绿体基因差异表达分析

小麦叶绿素缺失突变体Mt135自交后代稳定表现绿株、条纹株和白化株3种类型, 其中条纹株白色组织和白化株的叶绿体数目和结构发生突变, 完全失去光合能力。为研究该突变体叶绿体基因表达与光合作用的关系, 采用实时荧光定量PCR技术, 分析了白化株和条纹株的叶绿体基因表达。在白化株中共检测到40个差异表达基因, 涉及4类功能(编码光反应相关蛋白、编码叶绿体内能量代谢相关酶、核糖体合成和tRNA合成), 包括18个上调表达和22个下调表达基因;在条纹株中共检测到13个上调表达基因, 其表达变化趋势与在白化株中一致。白化株的差异表达基因中, 编码光系统II、I结构蛋白的psb、psa及ycf等基因家族的基因表达量显著下调;多个编码核糖体蛋白大、小亚基的基因表达量改变, 尤其是核糖体蛋白小亚基编码基因rps14和23S rRNA的编码基因23S rDNA表达量显著下调。推测Mt135突变性状与参与光反应相关蛋白的编码基因、叶绿体内能量代谢相关酶的编码基因、核糖体合成相关基因以及tRNA合成相关基因表达量的改变密切相关。     

小麦顶端小穗退化突变体asd1基因定位

穗粒数是小麦产量三要素建成的关键因子,深入挖掘穗部发育调控基因有助于培育高产小麦品种。以小麦品种京411为野生型,经EMS诱变获得了表型稳定的小穗退化突变体asd1 (apical spikelet degeneration 1)。该突变体表现顶端小穗明显退化,穗长缩短了约40%,结实小穗数减少了约35%,穗粒数显著减少了54%,同时株高也明显降低。利用京411×asd1遗传群体的F2和F3代表型数据分析表明,顶端小穗退化性状受1对主效隐性基因控制。采用混合群体分离分析法(BSA),结合测序所得SNP位点,在7A染色体上开发了7个KASP标记,将目标突变基因定位在7A染色体短臂9.91 Mb物理区间内,遗传距离为17.62 cM,推断该区段存在一个新的控制小麦花器官发育及穗部形态发育的重要基因。本研究所鉴定的小麦穗发育控制区段有助于深入解析小麦小穗形成的遗传基础,为进一步揭示小麦产量形成的分子机理提供突变基因。     

冬小麦高花药培养力基因型的筛选

为了筛选小麦花培育种骨干亲本,减轻花培育种的基因型依赖性问题,对74个冬小麦品种(系)的5个花药培养力性状进行了鉴定,并对5个性状进行了相关性分析。结果表明,74个基因型的愈伤组织诱导率、绿苗分化率、绿苗产率、白苗分化率及白苗产率变化范围分别为0~43.17%、0~139.29%、0~20.83%、0~63.33%、0~7.17%,各花药培养力性状在所研究基因型中差异明显,存在基因型依赖性,其中绿苗分化率基因型间差异最大。基因型愈伤组织诱导特性与绿苗、白苗的分化正相关,愈伤再生分化成绿苗或是白苗没有相关性。筛选出绿苗产率高于1.0%的基因型22个,其中,SPLM2、衡96851、石4185、邯6172、河农6425五个基因型农艺性状较好,绿苗产率依次为8.17%、5.44%、2.39%、2.00%、0.72%,可作为花培育种的骨干亲本。     

60Co-γ射线对菊花组培苗的诱变效应

对菊花(Chrysanthemum morifolium Ramat.)品种秋之山的组培苗, 采用5～30 Gy的60Co-γ射线照射处理。研究了γ射线对组培苗生长、增殖和生根的影响以及对组培再生植株移栽后生长开花的影响。结果表明20 Gy是γ射线处理菊花组培苗的致死剂量；从生根和继代培养生长和增殖的结果看，诱变处理的最佳剂量在10 Gy左右；组培再生植株移栽后发现，10 Gy处理的植株中花色变异率为8.2%。与对照花鲜艳的纯黄色相比，变异花增加了不同深浅的红色素，且突变植株均为同质稳定突变。     

高能混合粒子场辐照小麦的突变效应分析

 【目的】分析高能混合粒子场（CR）辐照冬小麦所产生的突变效应,并与60Co-γ射线处理相比较,研究其诱变效率。【方法】以0、145、195、284和560 Gy剂量的CR和γ射线分别处理两个冬小麦品种ZY9和ZH7,室内发芽鉴定处理当代的损伤效应,田间筛选表型变异突变体并做考种分析。【结果】高能混合粒子场与γ射线处理对这两个小麦品种的生长抑制均存在明显的剂量效应,并且高能混合粒子场处理的损伤效应明显高于γ射线,ZH7的辐射敏感性大于ZY9,处理小麦的适宜剂量在200～300 Gy之间。M2代群体中出现了包括株高、穗型、生育期等多种性状变异,在适宜或稍高剂量时可以引起明显高于γ射线处理的有益突变。CR诱变ZY9的总突变频率和有益突变频率分别为5.42%～11.68%和2.75%～7.29%,ZH7则分别达到10.35%～22.12%和6.62%～10.49%,均高于γ射线处理频率。【结论】高能混合粒子场处理小麦能够产生比γ射线更高的相对生物学效应,而且辐射敏感性较高的品种,经处理后其后代诱发有益突变的频率较高,获得优良变异的几率也相对较高。     

农杆菌介导法向小麦茎尖导入DREB1A基因的研究初报

为了研究以小麦茎尖为受体进行农杆菌转化的可行性,选用小麦品种H6756,以茎尖为受体进行了农杆菌转化.构建了含有拟南芥逆境诱导转录因子DREB1A及除草剂bar基因的表达载体pC3300IS-DREB1A,酶切鉴定此载体,结果证明其连接完全正确,具有转录和表达的功能.农杆菌介导法向小麦茎尖导入DREB1A基因,共获得247株转化苗.转化苗经除草剂筛选,获得66株抗性苗,对抗性苗进一步进行PCR检测,有30株抗性苗扩增出特异性片段,转化率达到12.1%,初步说明本试验中以小麦茎尖为受体的转化系统用于基因转化是可行、高效的.     

离子注入技术及其在小麦育种中的应用

离子注入是一种新的诱变技术,已在作物诱变育种中发挥了重要作用.本文对离子注入引起变异的诱变机理及由此引起的生物体在生理生化、细胞学、分子遗传学等方面产生的各种生物效应进行了综述,同时对离子注入技术在小麦新品种选育、新种质创造以及介导外源基因导入等方面的应用做了分析,并对离子注入改良小麦的发展前景作了展望.